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[WIN XP] 磁碟陣列介紹

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發表於 2008-7-30 10:22:13 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
 
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一、磁碟陣列充分利用硬碟的資料傳輸速率(Data Transfer Rate
  在沒有開始談陣列控制卡的相關設定前,我想先談一下硬碟的資料傳輸速率(Data Transfer Rate)。資料傳輸速率是硬碟機相當重要的技術指標,有最大瞬間(Burst)資料傳輸速率、內部(Internal)資料傳輸速率,以及持續(Sustain)資料傳輸速率等不同的數值。其中,「持續資料傳輸速率」直接影響硬碟機進行大量資料傳送時的效能表現。
  由於「最大瞬間資料傳輸速率」等同於「介面(Interface)」的資料傳輸速率,而這個特性限制了數個硬碟機所組成的磁碟陣列的最高效能表現。舉例來說,希捷(Seagate)的ST39103LWCheetah系列硬碟)Ultra 2 SCSI硬碟機,其介面資料傳輸速率為80MB/sec。外部平均資料傳輸速率為24.5MB/sec。也就是在使用四個硬碟機同時讀取資料時,其資料傳送就會到達介面的飽和點了。
  由於內部資料傳輸速率取決於硬碟機各個主要組件如磁頭、碟片、主軸馬達等的技術能力,因此內部資料傳輸速率便是硬碟機從碟片讀出資料的速率。
  談這些,可以回答大夥較常問的問題:IDE硬碟還是SCSI硬碟比較快。哪一種硬碟比較好?就硬碟設計來看,因為SCSI硬碟大部分都應用在較高階的環境中,所以預設的使用年限也較長;又因為要求較高的效能表現,所以會使用較新的技術。當然,售價也會較高。可是,如果你大部分的工作是在Windows95/98或是DOS的環境下執行,使用SCSI硬碟,就有一點浪費了。比較單一顆SCSIIDE硬碟的效能,也會讓人覺得SCSI硬碟並沒有快很多。原因無它,就在於兩款硬碟機持續資料傳輸速率的數值並沒有差太多。
  如何才能讓SCSI硬碟機發揮長處呢?關鍵點在於作業系統是否支援多工功能,其可否讓數個硬碟機同時傳送資料。而磁碟陣列系統(RAID)就是可以讓SCSI硬碟機發揮其效能的一種方式。
二、磁碟陣列卡的設定
  前一次的技術開講中,簡介了各個RAID組態(RAID Level)的構成及應用領域。這次,主要是談談RAID在實務中的一些設定方式。在這篇文章中,並不會提到磁碟控制卡如何設定,這部分請參照控制卡的使用手冊。

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毀損資料重建(Data Rebuild
  在RAID level 35的設定下,資料是經過計算,得出同位元檢查資料後,再分散儲存在各個硬碟上。磁碟陣列中只容許有一顆硬碟故障。如果在硬碟故障到系統重建完成之間,有第二顆硬碟故障,則整個磁碟陣列的資料都將流失。因此,磁碟陣列的管理者,必須儘量在很短的時間內排除故障,重建系統,以確保資料的安全。
磁碟陣列卡的故障管理能力
  在整個系統運作時,如果沒有對磁碟陣列有「讀/寫(R/W)」的動作,就算有硬碟機故障,磁碟陣列卡(以下簡稱為陣列控制卡)也不會立即知道硬碟機已經離線,必須等到要讀/寫資料時,才會發現硬碟機離線,進而發出警告。我們知道,磁碟陣列在硬碟故障時,是最脆弱的。如果無法立即知道硬碟機故障,將增加整個磁碟陣列的風險。
  設定陣列控制卡定時掃描匯流排上的硬碟機,以確認硬碟機是否正常工作,可以避免前述的狀況,而且定時檢查硬碟的時間間隔,是可以調整的。如果有硬碟機故障,控制卡可以在硬碟機故障的第一時間點就通知管理者;但是,這樣也會佔用陣列控制卡上「控製晶片」的時間,所以管理者必須在兼顧安全性與效率之間,自行取得一個平衡點。
  在故障發生時,控制卡可以有數種不同的方式通知管理者:
   1)蜂鳴器告警:這是最基本的配備,但是伺服器有可能不是放置在管理者身邊,所以其他的通知方式也有其需要。
   2)傳真與呼叫器:利用控制卡內建的RS-232埠,在事件發生時,控制外接的數據機(MODEM),將警告訊息傳送出去。
   3)電子郵件:透過RAID管理程式,使用作業系統的網際網路(Internet)架構,發送電子郵件。當然,系統中一定要有通訊錄,而且包
         括有被通知者的電子信箱(E-mail)位址。
   4)事件檢視:陣列控制卡大都有記錄資料可以查看事件發生的時間及內容。
  在確知有故障硬碟時,如何正確的將故障硬碟機取下,再更換正常硬碟,也是在實務上必須考量的事情。
     陣列控制卡大都提供某些工具程式,讓硬碟機LED(在硬碟機上的二極體小燈)依照設定的模式閃爍,藉以辨認硬碟機。或是以不
   同的LED燈號顯示硬碟機的狀態。讓維修人員或管理者很容易分辨故障硬碟。確認故障硬碟機後,我們就可以將硬碟機取下。幾乎所有
   的陣列控制卡均提供硬碟機熱抽換(Hot Swap)的功能。也就是可以在系統不關機的狀況下,直接將硬碟取下。

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資料重建
  磁碟陣列中如果有一個硬碟故障,管理者須立即將故障硬碟機換下,並進行資料重建。在資料重建完成前,磁碟陣列系統是相當脆弱的。如何縮短整個重建的時程,是陣列控制卡非常重要的課題。如果依照傳統維修流程,在發現有硬碟故障時才通知維修人員到場,並進行更換硬碟、做資料重整。這樣的程序,其實並不符合實際上的需求,磁碟陣列曝露在風險中的時間太長了。
  實務上,整個資料重建的過程可以更有效率。目前的做法已趨向使用備援磁碟機,達到資料自動重建的功能。調整後的資料重建程序如下:安裝備援磁碟機陣列控制卡定時偵測硬碟機有硬碟機故障時系統自動啟動重建。

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備援磁碟機(Spare Drive
  備援磁碟機的主要功能,是讓磁碟陣列發生某顆硬碟機故障時,可立即取代故障磁碟機,並讓陣列控制卡可以啟動資料重建,以縮短整體重建時間。備援磁碟機平時是沒有動作的,其功能類似磁碟陣列的保險。一個磁碟陣列可以有不只一個備援磁碟機,端視整體的設計而定。備援磁碟機一但加入磁碟陣列中,就成為磁碟陣列的硬碟機成員。原先故障硬碟機更換後,可以再指定成為備援磁碟機。備援磁碟機依照用途可以分為本地(Local)備援機及公用(Global)備援機,本地備援磁碟機指定給特定的邏輯磁碟機使用。
  公用備援磁碟機則是指定給一組邏輯磁碟機使用。這些邏輯磁碟機組中,如果有任一個硬碟機故障,備援磁碟機就會加入邏輯磁碟機組中,並開始重建。以或然率來看,不會同時有好幾個硬碟機損壞,所以這種模式是較節省成本的。
  我們可以在陣列的組合方式上,使用複合的模式,同時使用公用與本地備援磁碟機。以增加系統的安全性!
  說明:邏輯磁碟機0中的成員是9GB磁碟機,邏輯磁碟機12的成員是4GB。因為其容量不夠,4 GB的公用備援磁碟機不能使用在邏輯磁
      碟機0;如果使用9GB的硬碟當作公用備援磁碟機。對邏輯磁碟機12來說,又太浪費了。將9GB設定為邏輯磁碟機0的本地備援磁
      碟機,4GB設定為邏輯磁碟機12的公用備援磁碟機。這樣,邏輯磁碟機中有任一個磁碟故障時,皆可以得到備援磁碟機的協助。

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重建優先權(Rebuild Priority
  資料重建時,可能系統仍在運作。這時陣列控制卡一方面要讀出殘存的資料,計算出正確資料後寫入磁碟機組;一方面又要回應作業系統存取資料的要求,其工作負荷量是相當大的。管理者在這樣的狀況下,可以有幾個選擇:現在的作業最重要,資料重建先緩一緩吧,此時資料重建屬於「最低優先」;資料重建最重要,沒資料,什麼都沒啦此時資料重建屬於「最高優先」;平常心看待啦,此時資料重建屬「平常模式」。我們可以在重建優先權中設定資料重建的緊急性。當然,安全性與效率仍然是管理者判斷的依據。

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開機的順序
  某些主機板內建了SCSI介面,或是系統中安裝了SCSI控制卡,而陣列控制卡也是SCSI介面。因此在使用者的管理角度而言,指定由哪一片控制卡上的裝置來開機,是有其必要的。在SCSI控制卡的BIOS設定選項中,有一項是開啟或關閉(Enable/DisableSCSI BIOS,關閉這個選項,系統就不會從這片控制卡所連結的裝置開機。

f
邏輯磁碟機的設定
  在陣列控制卡下,我們將數個硬碟機合併成一個大容量的單一硬碟。這個單一硬碟,我們稱為邏輯磁碟機(Logic Drive)。以作業系統來看,是將此一邏輯磁碟機當作一個實體的硬碟。邏輯磁碟機中資料的存取與運作,是陣列控制卡所負責的事。
  談到這裡,我們要提醒讀者諸君:在SCSI匯流排上,每一個裝置都必須指定一個唯一的ID號碼,作為識別與存取的依據。否則SCSI控制卡是無法看到,也無法存取這個裝置。
  邏輯磁碟機是陣列控制卡做出來的,所以控制卡也必須賦予邏輯磁碟機一個ID號碼。這也是陣列控制卡的設定選項裡,有所謂的「Edit and Map SCSI ID」選項的原因。如果我們在陣列控制卡下,將邏輯磁碟機分為兩個區段(Partition),我們就必須指定兩個ID給每一個區段。而在作業系統角度來看,就變成有兩個硬碟連接在陣列控制卡之下了。
  整個邏輯磁碟機的設定程序如下:
   1)選擇硬碟組成邏輯磁碟機
   2)分割區段(如果有必要的話)
   3)指定ID給區段使用:
      指定ID號碼給邏輯磁碟機的動作與RAID的控制比較沒有關聯。也就是說,當我們更改SCSI ID號碼時,邏輯磁碟機內的資料並不
    會消失。我們可以想像成,當更改房屋的門牌號碼時,並不會對房屋有任何影響。

g
快取(Cache)記憶體的設定
  陣列控制卡中都配備有快取記憶體以增快資料處理的效率。值得注意的是,如果設定為「Write Back」,則整體效率雖然比「Write Through」快,但是,在資料還沒有寫入硬碟前,如果遭遇到電源中斷或是系統當機的意外,資料可能會遺失。在要求高安全係數時,將快取記憶體關閉是較適合的。

h I/O
最佳化
  陣列控制卡可以依照使用的環境的需求,設定其I/O區段的大小。在資料庫的應用環境中,其特性是檔案數目多而小;而在影音環境的應用下,對於I/O的需求,就希望是一個連續性的大區段資料輸出了。這個部分的設定如果更改,現有的資料就會無法讀取。所以我們在初始化RAID邏輯磁碟機時就必須先設定其I/O特性。一定要更改時,就只能重新初始化邏輯磁碟機了。

i RAID
的擴充
  磁碟陣列系統使用一陣子之後,無可避免會遭遇擴充的問題。大部分陣列控制卡提供線上擴充的能力。也就是可以在系統不關機的狀況下,增加硬碟機到現有的邏輯磁碟機中。當然,線上擴充所耗用的時間相當長,陣列控制卡將資料從原先的陣列中讀出,重新計算,再寫回新的陣列中。由於容量增加,這個程序所花的時間,要比資料重建更多一些。整個的過程是不可逆向操作的,換句話說就是增加的硬碟不能取消。
  在某些陣列控制卡上,提供了線上RAID Level轉移(Migration)功能,可以做模式的更換,如RAID 0換成RAID 5RAID 3換成RAID 5RAID 5換成RAID 1。在RAID 35的組態中,新增加的硬碟機容量可以完全的被使用到。這也是RAID 35在容量擴充時所擁有的優勢。而RAID 1在硬碟擴充時一次要增加兩個硬碟,其成本是較高的。

j
韌體(Firmware)的升級
  在RAID控制卡之上,有數個韌體(Firmware)存在,分別是RAID BIOS SCSI BIOS,以及BOOT recordRAID BIOSRAID控制有關,前面提到的一些相關設定幾乎都是RAID BIOS在控制,而SCSI BIOS則是負責與主機板之間的溝通。功能就如同一般SCSI控制卡上的BIOSBOOT Record主要在記錄邏輯磁碟機的相關組態,如哪幾顆硬碟組成邏輯磁碟機等資訊。
  以目前使用的快閃記憶體(Flash Memory)技術而言,使用者都可以自行升級。當然,在升級時需注意過程的安全性,不要有不正常的關機動作。否則,快閃記憶體中的資料損毀,可是會讓控制卡無法工作的。
三、結論
  無論陣列控制卡提供多強大、多方便的功能以增進資料安全性及重建的效率,硬碟機仍然是非常脆弱的裝置,RAID系統需要定時作備份以確保資料安全性,有備無患,才是資料安全最高指導原則。國內有些單位的管理者,以為安裝了RAID系統,資料就可以高枕無憂了,卻忽略了備份的動作,結果卻造成更大的資料損失。

 

臉書網友討論
發表於 2011-8-30 00:53:35 | 顯示全部樓層
不是吧  

版主招募中

發表於 2011-8-30 00:57:21 | 顯示全部樓層
你加油吧  


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